PhantomX

GIMONS DEVELOPER WORKS/PhantomX

最終更新：2023/8/3

X68000 MPUアクセラレータ PhantomX
-Phantom of mc680x0 for X68000-

告知

Version1.03cをリリースしました(2023/8/3)。

1.02b以降のモジュールはBoothのおまけファイルとして提供(転売対策のため)しますので、
ダウンロードはBOOTHの購入履歴からお願いします。

注意!

PhantomXはオーバークロックおよびXVIの16MHzモードでは動作しません。
MPUクロック、システムクロック含めて10MHz機は無改造でXVIは無改造かつ10MHzモードをご利用ください。
またRaspberryPi自体のオーバーおよびアンダークロックも推奨しません。

はじめに

PhantomXは簡潔にいえばX68000用のMPUアクセラレータです。他のアクセラレータと同様に本体のMC68000を交換して使用します。 X68000のハードウェア仕様に最適化して設計されたX68000専用のアクセラレータです。 MC68000を採用した他のレトロPCやゲーム機等でも使えるような汎用的なアクセラレータではありません。
サポートする機種はACE/EXPERT/PRO/SUPER/XVIです。初代及びXVI Compactは物理的な制約により使用できません(無理やり使えるようにした猛者はいらっしゃいます)。
PhantomXの実体はRaspberryPi(Zero/Zero WH/Zero2/2B/3A+/3B/3B+/4Bをサポート)とMPUのソフトウェアエミュレータです。 RaspberryPiをX68000に接続するための専用のベースボードとリロケータを使用します。
アクセラレータとしての速度はRaspberryPiの性能に依存します。

ハードウェア

リロケータ

X68000のMPUであるMC68000は出荷時からソケット化されており取り外しが可能です。ソケットはSDIP(シュリンクDIP)という1.778mmピッチのものです(最近ではあまり一般的なものではありません)。ソケットの位置はモデル毎に異なりますがACE/EXPERT/SUPER、XVI、PROの3種に大別されます。
リロケータの役割は二つあります。一つ目はSDIPを一般的な2.54mmピッチのDIPに変換すること。二つ目はモデル毎に異なるソケット位置を調整することです。一つのリロケータで全モデルのソケット位置変換に対応するように設計されています。

ベースボード

PhantomXのハードウェアで中心となるベースボードです。 MC68000のDIP版と同一のピン配置を持つコネクタを持っています。これをリロケータに取り付けたものをMPUのソケットに接続します。
ベースボードのロゴの左右にある4つのワイドバスD-FFはRaspberryPiのGPIOとのレベル変換とバス信号の保持を行うためのロジックICです。 RaspberryPiの限られたGPIOを切り替えながら処理を行います。
ベースボードの下4つはルネサスエレクトロニクス株式会社のSLG46826Gです(Dialog Semiconductorはルネサスに吸収されました)。これはGreenPAK Programmable Mixed-Signal Matrix In-System Programmabilityという製品の一種です。 FPGAの簡易版とも言える優れたものでロジックICで構成すれば数十個必要な回路がこれ一つで構成できます。
4つのSLG46826Gにはそれぞれ独自に開発したファームウェアが書き込まれています。 GP#1がバスシーケンス制御、GP#2がDMACとのバス調停、GP#3がバスシーケンス監視、GP#4がIPL信号線制御となります。
その他にGPIOコネクタ(20x2ハウジング)、SLG646826Gのファームウェアを書き換えるためのI2C用ジャンパ、 MPUソケットのVCC(5V)をRaspberryPiに供給するためのジャンパが実装してあります。

ソフトウェア

機能構造

PhantomXのソフトウェア内の機能構成を次に示します。可能な限りレイヤ構成を取っておりRaspberryPiに依存する部分を分離するように設計しました。またベアメタルで動作するためRaspberryPi OSは必要ありません。

MC680X0エミュレーション

XM6で実績のあるStarScreamというMPUコアを参考に自作したコアを使用します。このMPUコアはC++で実装しておりコードネームは"Xero"です。 MC68000,68030,68040,68060のエミュレーションが可能です(一部簡易実装含む)。元々はMC68030以降のキャッシュ機構を実装していましたが現在は削除しています。代わりに内部メモリハンドラ内に独自のキャッシュ機構を実装しました。
内部メモリハンドラ

XeroにはMC680X0の殆どの命令を実装しています。命令のフェッチやメモリの読み込み、書き込みが必要な場合は内部メモリハンドラを経由して処理を行います。外部メモリハンドラへのアクセスを極力削減するために独自のキャッシュ機構を持っています。キャッシュの容量はX68000の実装メモリと同じものだけ確保するようになっています。したがってキャッシュヒットし続ける限りはX68000のメインメモリにアクセスすることはありません。但し書き込み処理はライトスルーですのでメインメモリに書き込みを行います。

Version1.03cから試験的にライトバックモードをサポートしました。ライトバックモードでは明示的にフラッシュしない限りメインメモリへの書き込みは行われません。
外部メモリハンドラ

X68000へのバスアクセスを経由するための中継層です。内部メモリハンドラからのリクエストをフックして前後処理を行います。最も重要な処理は独自キャッシュの整合性保証です。 X68000にはDMACがあるためMPUが関与しない形でDMACがメインメモリに書き込みを行います。この時内部メモリハンドラ内のキャッシュ情報と不整合が発生します。一方でDMACへの動作指示はMPUが行いますから、 DMACへの指示内容を監視することでキャッシュ不整合が発生する領域を予測できます。つまりDMACの動作直前で内部メモリハンドラ内のキャッシュを無効化することで不整合を回避します。その他にMPUエミュレーションが速すぎるために発生する各種不具合(オーバークロック時に発生する不具合と同等のもの)を軽減するための強制ウェイト挿入や、X68030に偽装するためのフェイクデバイスを実装しています。

Version1.03cで試験的に導入されたライトバックモードに対応するためキャッシュの無効化だけでなく、一部の領域を動的にライトスルー化する等の不整合回避が強化されました。
GPIO制御

外部メモリハンドラ内で最終的にX68000へのバスアクセスが必要になった場合にはGPIO制御で処理を行います。実際のバスアクセス制御はベースボード上のSLG46826Gのファームウェアで行いますのでアドレスバスやデータバスの設定とバスアクセス完了後のステータスチェックとデータ取得だけを行います。
既知の問題

IO拡張ボードの浮動小数点演算プロセッサ(FPU)が動作しません
XVIの専用スロットに増設するものは動作します。原因不明です。

厳密なチューニングが施されたアプリケーションはタイミングが合いません
S44PLAY/FMPPLAYでは音割れ等の不具合が発生します。
IOアクセスが主体のアプリケーションでは実機より遅くなります
ひたすらGRAMやTRAMを更新する場合にIOアクセス速度の制限が表面化するかもしれません（しないかもしれない)。

ファームウェア

先にも書いたとおり4つのSLG46826Gはそれぞれ大きく役割が与えられており、個別のファームウェアを書き込んであります。ファームウェアはGreenPAK Designerで開発しています。 GreenPAK DesignerからファームウェをHEX形式でエクスポートしてSLG46826GのI2Cインターフェースを使って書き込みます。書き込みにはRaspberryPiを使用しています。書き込みに必要なアプリケーションも開発していますので厳重に手順を守れば後からファームウェアの更新も可能となっています。
GreenPak Designerで開発したバスアクセス制御

導入(ハードウェア)

ベースボードのジャンパ設定

ベースボードにはいくつかジャンパがあります。設定が必要なジャンパはMPUソケットのVCC(5V)をRaspberryPiの電源に供給するためのジャンパのみです。別途RaspberryPiに電源を供給する必要はありません(むしろ絶対に外部電源を接続しないでください)。 X68000の電力不足等を理由にRaspberryPiに外部電源を供給せざるを得ない場合はこのジャンパを必ず外してください。

X68000 PRO(PRO2)

横置きモデルのPROは最も導入が簡単なモデルです。ケースを外して支柱を外せばMPUソケットに直ぐにアクセスが可能です。 MPUの外し方は詳しくは説明しませんがIC引き抜き工具を利用した方がよいでしょう (ドライバー等で徐々に引き抜くことは可能ですが不慮の事故が発生する可能性があります)。写真では既にMPUを外した状態です(下がフロント、上が拡張IOです)。バネ式のMPUソケットが取り付けてありますが横のコンデンサとの干渉を防ぐため MPUソケットの上に丸ピン用のソケットを載せて嵩上げしています。ソケット上のコンデンサが干渉する可能性がありますので横向きに付け替えるか、斜めに倒す必要があるかもしれません。

リロケータはその他のモデルと共用しておりXVIに接続する時と方向が違います。写真の方向で重ね合わせるようにリロケータ、ベースボード、RaspberryPiを実装する必要があります。

MPUソケットに実装した状態です(メインボードへの電源コネクタがギリギリです)。

X68000 ACE/EXPERT(EXPERT2)/SUPER

縦型モデルの10MHz機です。 MPUのソケットにアクセスするためにはメインボードを取り外してシールドを除去する必要があります。またメインボードの左下の隅にソケットがあるためMPUの引き抜きもメインボードを外した状態で行う必要があるでしょう (IC引き抜き工具推奨)。写真はACEのメインボードで既にMPUを外した状態です。バネ式のMPUソケットが取り付けてありますが横のコンデンサとの干渉を防ぐためMPUソケットの上に丸ピン用のソケットを載せて嵩上げしています。

リロケータはPROと同じ方向で重ね合わせてください。

MPUソケットに実装した状態です。ソケットがケースの下に重なっているうえ、PhantomXのコネクタが見えにくいので注意が必要です。上からペンライト等でピンの位置を確認しながら実装してください。

X68000 XVI

MPUのソケットにアクセスするためにはメインボードを取り外してシールドを除去する必要があります。メインボードの中央よりの左下にソケットがあるためアクセスは比較的容易です。 MPUの引き抜きは念のためメインボードを外した状態で行ってください(IC引き抜き工具推奨)。写真はメインボードのMPUを外した状態です。バネ式のMPUソケットが取り付けてありますが横のコンデンサとの干渉を防ぐためMPUソケットの上に丸ピン用のソケットを載せて嵩上げしています。
10MHzモードでご利用下さい、16MHzモードではバスアクセスに失敗してエラーが多発します。

リロケータとベースボード、RaspberryPiを次の方向で重ね合わせてください(PROやその他縦型モデルとは逆方向になります)。

MPUソケットに実装した状態です。ソケットの上端部分が見える位置にありますので目視でピンの位置合わせが可能です。

導入(ソフトウェア)

SDカードの初期化

32GB以下のSDHCカードをPCに挿入しSDアソシエーションが提供している"SDメモリカードフォーマッター"で初期化してください。
SDメモリカードフォーマッターは容量が64GB以上のSDXCカードをFAT32にフォーマットできませんのでご注意ください。
SDXCカードを強制的にFAT32でフォーマットする方法(Raspberry Pi ImagerのOS削除等)もありますが推奨しておりません。
下の様にFAT32で全領域がフォーマットされれば成功です。

SDカードが空の状態でPCから見えるか確認してください。

ソフトウェアのダウンロード

暫くの間はBoothのおまけファイルから提供しています(商品購入履歴からアクセス可能です)。
VDISKドライバ(PXVDISK.SYS)とPhantomX制御コマンド(PXCTL.X)も中に入っています。
phantomx_103c.zip

ソフトウェアの展開と転送

ダウンロードしたZipファイルを展開すると下記のファイルが入っているはずです。
RaspberryPiのファームウェア等が含まれているので初回は全て転送の必要があります。
config.txtに省電力用の設定がありますので必ず展開されたファイルのものを使用してください。

全ファイルを初期化したSDカードにコピーします。

SDカードをRaspberryPiに挿入して完了です。

ソフトウェアの更新

バージョンアップ時に更新が必要なモジュールは下記の通りです。

モジュール説明

kernel.img PhantomX本体(Raspberry Pi Zero/W用)

kernel7.img PhantomX本体(Raspberry Pi Zero2/2B/3A+/3B/3B+/4B用)

その他ドライバやユーティリティの更新がある場合はdriverとvdiskbootフォルダも必要に応じて最新化してください。

モジュール	説明
kernel.img	PhantomX本体(Raspberry Pi Zero/W用)
kernel7.img	PhantomX本体(Raspberry Pi Zero2/2B/3A+/3B/3B+/4B用)

導入(ファームウェア)

GreenPAKのファームウェアの更新版は提供されていませんので作業は不要です。

今後、いくつかの制約事項を解除する改良版ファームウェアの提供を予定しています。

設定方法

最初は何も設定せずにデフォルトで使用してください。以下の設定は応用編で詳しく解説します。
設定ファイル
"phantomx.ini"が設定ファイルです。ダウンロードしたモジュールには以下のように記述されています。
#EMUMODEL	000
#IPLROM		IPLROM.DAT
#CGROM		CGROM.DAT
#SCSIINROM	SCSIINROM.DAT
#SRAM		SRAM.DAT
1行で1設定の定義ファイルで"キー"と"値"のペアで設定します。 "キー"と"値"の間は空白またはタブで区切ってください。また先頭に"#"を付けるとその行は無視されます。空白行があっても構いません。
上記の例では全て#でコメントアウトされていますので何も設定していない状態と同じになります。
設定項目

キー値

EMUMODEL
エミュレーションするMPUを指定します。
指定できる値と意味は以下の通り(ハイメモリはオプション設定が必要です)。
000 : MC68000(ハイメモリ設定可) *デフォルト
030 : MC68030(MMU、ハイメモリ設定可)
040 : MC68040(MMU、内蔵FPU、ハイメモリ設定可)
060 : MC68060(MMU、内蔵FPU、ハイメモリ設定可)

EMUWAIT
エミュレーションに強制的にウェイトを入れるレベルを指定します。
0:ウェイト無し *デフォルト
1..7:数値が大きくなるにしたがって徐々にウェイトが増えます

HIMEM
ハイメモリ(ローカルメモリ)のモードを指定します。
060turbo互換($10000000 ～ )モード
0～768の任意の数字でメモリ量(MB)を指定します(但し16MB単位で切り捨て)。
256MB以内を推奨します。

実際に有効になるメモリ量はラズパイの搭載メモリ量に依存します。
1GB以上のモデル:768MBまで
512MBのモデル:384MBまで

TS-6BE16互換($01000000 ～ 16MB)モード
TS-6BE16を指定します(最初の1文字しかチェックしていないのでTおよびtでもOK)。
容量は16MB固定です。

IPLROM
IPLROM($fe0000-$ffffff)のROMデータファイルのパスを指定します。
指定がなければX68000本体のIPLROMを使用します。
IPLROMを差し替える必要がある時に指定してください。

CGROM
CGROM($f00000-$fbffff)のROMデータファイルのパスを指定します。
指定がなければX68000本体のCGROMを使用します。
CGROMを差し替える必要がある時に指定してください。

SCSIINROM
内蔵SCSIROM($fc0000-$fc1fff)のROMデータファイルのパスを指定します。
指定がなければX68000本体の内蔵SCSIROMを使用します。
内蔵SCSIROMを差し替える必要がある時に指定してください。
SUPER/XVI以外の内蔵SCSIを持たないSASI機モデルで指定した場合は
偽の内蔵SCSI I/Fをエミュレーションします (何もSCSI機器が接続されていない様に見えます)。

SRAM
SRAM($ed0000-$edffff)のデータファイルのパスを指定します。
本体のSRAMは使用されなくなり同時に64KBに拡張されます。
指定されたファイルが存在しない場合には自動で作成されます。
SRAMに書き込みを行うとこのファイルも更新されますのでバッテリバックアップの代わりとしても利用可能です。

設定項目(エミュレーションするMPU種毎の設定)

以下の設定項目はEMUMODELに指定したMPU種別に応じて有効になります。
キー名の後ろにある"{000|030|040|060}"はEMUMODELに相当します。

キー値

IPLROM{000|030|040|060}
EMUMODELに応じてIPLROM($fe0000-$ffffff)のROMデータファイルのパスを指定します。
指定がなければIPLROMの指定に従います。

CGROM{000|030|040|060}
EMUMODELに応じてCGROM($f00000-$fbffff)のROMデータファイルのパスを指定します。
指定がなければCGROMの指定に従います。

SCSIINROM{000|030|040|060}
EMUMODELに応じて内蔵SCSIROM($fc0000-$fc1fff)のROMデータファイルのパスを指定します。
指定がなければSCSIINROMの指定に従います。

SRAM{000|030|040|060}
EMUMODELに応じてSRAM($ed0000-$edffff)のデータファイルのパスを指定します。
指定がなければSRAMの指定に従います。

HIMEM{000|030|040|060}
EMUMODELに応じてハイメモリ(ローカルメモリ)を指定します。
指定がなければHIMEMの指定に従います。

設定項目(不揮発性仮想ディスク)
専用ドライバで使用可能な不揮発性の仮想的なディスクの設定です。
通称ですがVDISKと呼んでいますので以下VDISKと表現します。
最大で8個のディスクイメージの設定が可能です(最大容量4294966272バイト=4095MB)。
ディスクイメージのファイルは事前に用意する必要があります。
キー値例
VDISK{0|1|2|3|4|5|6|7}

VDISKのイメージデータファイルのパス。
右の例のように複数並べて定義してください。

VDISKをHumanから使用するにはドライバ(PXVDISK.SYS)が必要です。
例にあるようにphantomx.iniにVDISK0,VDISK1,VDISK2の3つVDISKを設定している場合に、
全てのVDISKを使用する場合はCONFIG.SYSに次を加えてください(SYSディレクトリにドライバがある場合)。
DEVICE = \SYS\PXVDISK.SYS #0
DEVICE = \SYS\PXVDISK.SYS #1
DEVICE = \SYS\PXVDISK.SYS #2

phantomx.iniで設定していないIDに対しては常駐エラーになりますのでご注意ください。
また、TimerLEDをアクセスランプ代わりに使う"A"オプションが使えます。

DEVICE = \SYS\PXVDISK.SYS #0A

参考までにWindowsのDOS窓から指定した容量のファイルを作成する例です。
128MBの空ファイルを作成する
fsutil file createnew VDISK0.DAT 134217728
VDISK0	VDISK0.DAT
VDISK1	VDISK1.DAT
VDISK2	VDISK2.DAT
		
設定項目(特殊用途)

キー値説明

FDDSWAP
0:内蔵FDD(0,1)と拡張FDD(2,3)をスワップしない *デフォルト
1:内蔵FDD(0,1)と拡張FDD(2,3)をスワップする

内蔵FDD0,1と拡張FDD2,3へのアクセスを相互変換します。
これは拙作のFDX68を活用するために個人的に用意したオプションです。

FC2CUT
0:FC2ピンカット互換機能を使用しない *デフォルト
1:FC2ピンカット互換機能を使用する

NetBSD/x68kでX Windowを使いたい人だけのための特殊オプション。

WRITEBACK
0:独自キャッシュはライトスルー(常時) *デフォルト
1:独自キャッシュはライトバック(一部領域のライトスルー化が可能)

リスク承知の上でスピードを追究したい人向けの特殊オプション。
ライトバックモードではDMAC動作時に一部のエリアをライトスルーに動的変更します。
ライトスルーに変更された領域はリセットされるまで維持されます。

キー	値
EMUMODEL	エミュレーションするMPUを指定します。指定できる値と意味は以下の通り(ハイメモリはオプション設定が必要です)。 000 : MC68000(ハイメモリ設定可) *デフォルト 030 : MC68030(MMU、ハイメモリ設定可) 040 : MC68040(MMU、内蔵FPU、ハイメモリ設定可) 060 : MC68060(MMU、内蔵FPU、ハイメモリ設定可)
EMUWAIT	エミュレーションに強制的にウェイトを入れるレベルを指定します。 0:ウェイト無し *デフォルト 1..7:数値が大きくなるにしたがって徐々にウェイトが増えます
HIMEM	ハイメモリ(ローカルメモリ)のモードを指定します。 060turbo互換($10000000 ～ )モード 0～768の任意の数字でメモリ量(MB)を指定します(但し16MB単位で切り捨て)。 256MB以内を推奨します。実際に有効になるメモリ量はラズパイの搭載メモリ量に依存します。 1GB以上のモデル:768MBまで 512MBのモデル:384MBまで TS-6BE16互換($01000000 ～ 16MB)モード TS-6BE16を指定します(最初の1文字しかチェックしていないのでTおよびtでもOK)。容量は16MB固定です。
IPLROM	IPLROM($fe0000-$ffffff)のROMデータファイルのパスを指定します。指定がなければX68000本体のIPLROMを使用します。 IPLROMを差し替える必要がある時に指定してください。
CGROM	CGROM($f00000-$fbffff)のROMデータファイルのパスを指定します。指定がなければX68000本体のCGROMを使用します。 CGROMを差し替える必要がある時に指定してください。
SCSIINROM	内蔵SCSIROM($fc0000-$fc1fff)のROMデータファイルのパスを指定します。指定がなければX68000本体の内蔵SCSIROMを使用します。内蔵SCSIROMを差し替える必要がある時に指定してください。 SUPER/XVI以外の内蔵SCSIを持たないSASI機モデルで指定した場合は偽の内蔵SCSI I/Fをエミュレーションします (何もSCSI機器が接続されていない様に見えます)。
SRAM	SRAM($ed0000-$edffff)のデータファイルのパスを指定します。本体のSRAMは使用されなくなり同時に64KBに拡張されます。指定されたファイルが存在しない場合には自動で作成されます。 SRAMに書き込みを行うとこのファイルも更新されますのでバッテリバックアップの代わりとしても利用可能です。

キー	値
IPLROM{000\|030\|040\|060}	EMUMODELに応じてIPLROM($fe0000-$ffffff)のROMデータファイルのパスを指定します。指定がなければIPLROMの指定に従います。
CGROM{000\|030\|040\|060}	EMUMODELに応じてCGROM($f00000-$fbffff)のROMデータファイルのパスを指定します。指定がなければCGROMの指定に従います。
SCSIINROM{000\|030\|040\|060}	EMUMODELに応じて内蔵SCSIROM($fc0000-$fc1fff)のROMデータファイルのパスを指定します。指定がなければSCSIINROMの指定に従います。
SRAM{000\|030\|040\|060}	EMUMODELに応じてSRAM($ed0000-$edffff)のデータファイルのパスを指定します。指定がなければSRAMの指定に従います。
HIMEM{000\|030\|040\|060}	EMUMODELに応じてハイメモリ(ローカルメモリ)を指定します。指定がなければHIMEMの指定に従います。

キー	値	例
VDISK{0\|1\|2\|3\|4\|5\|6\|7}	VDISKのイメージデータファイルのパス。右の例のように複数並べて定義してください。 VDISKをHumanから使用するにはドライバ(PXVDISK.SYS)が必要です。例にあるようにphantomx.iniにVDISK0,VDISK1,VDISK2の3つVDISKを設定している場合に、全てのVDISKを使用する場合はCONFIG.SYSに次を加えてください(SYSディレクトリにドライバがある場合)。 DEVICE = \SYS\PXVDISK.SYS #0 DEVICE = \SYS\PXVDISK.SYS #1 DEVICE = \SYS\PXVDISK.SYS #2 phantomx.iniで設定していないIDに対しては常駐エラーになりますのでご注意ください。また、TimerLEDをアクセスランプ代わりに使う"A"オプションが使えます。 DEVICE = \SYS\PXVDISK.SYS #0A 参考までにWindowsのDOS窓から指定した容量のファイルを作成する例です。 128MBの空ファイルを作成する fsutil file createnew VDISK0.DAT 134217728	VDISK0 VDISK0.DAT VDISK1 VDISK1.DAT VDISK2 VDISK2.DAT

キー	値	説明
FDDSWAP	0:内蔵FDD(0,1)と拡張FDD(2,3)をスワップしない *デフォルト 1:内蔵FDD(0,1)と拡張FDD(2,3)をスワップする	内蔵FDD0,1と拡張FDD2,3へのアクセスを相互変換します。これは拙作のFDX68を活用するために個人的に用意したオプションです。
FC2CUT	0:FC2ピンカット互換機能を使用しない *デフォルト 1:FC2ピンカット互換機能を使用する	NetBSD/x68kでX Windowを使いたい人だけのための特殊オプション。
WRITEBACK	0:独自キャッシュはライトスルー(常時) *デフォルト 1:独自キャッシュはライトバック(一部領域のライトスルー化が可能)	リスク承知の上でスピードを追究したい人向けの特殊オプション。ライトバックモードではDMAC動作時に一部のエリアをライトスルーに動的変更します。ライトスルーに変更された領域はリセットされるまで維持されます。

拡張デバイス

外部メモリハンドラ内で独自のIOアドレスに対してPhantomX独自の拡張デバイスが存在します。
IOアドレス仕様

PhantomXやRaspberryPiの情報取得や動作設定を行うためのレジスタです。

アドレスサイズ項目リードライト内容

$EA8000 w レジスタポート現在のレジスタ番号設定するレジスタ番号データポートから読み/書きするレジスタの指定です。
0x0000:バージョン番号
0x0001:エミュレーション中のMPU
0x0002:ウェイトレベル
0x0010:VDISKのID
0x0011:VDISKの機能
0x00f0:RaspberryPiのSOC温度

$EA8002 w データポート現在のデータ値設定するデータ値レジスタポートで指定したレジスタのデータを読み/書きします。
レジスタ番号が0x0000(バージョン番号)の場合
リードするとバージョン番号をBCDで返します(例えばVersion1.02は$0102)。
ライトは無視されます。

特殊用途としてライト時に内部の独自キャッシュを全て無効化する効果があります。

レジスタ番号が0x0001(エミュレーション中のMPU)の場合
0:MC68000,3:MC68030,4:MC68040,6:MC68060 となります。
リセットすると新たなMPU種で再開可能です。
設定ファイルは更新しません。

レジスタ番号が0x0002(ウェイトレベル)の場合
1命令実行する度にウェイトを入れて実行速度を低下させます。
0で無効、1～7の7段階で数字が大きくなるほどウェイトが大きくなります。
設定ファイルは更新しません。

レジスタ番号が0x0010(VDISK ID)の場合
アクセスするVDISKのIDを0～7で指定します。
設定ファイルにVDISKを複数設定している場合に
ディスク選択することが可能です。

レジスタ番号が0x0011(VDISK 機能)の場合
VDISKがサポートする機能を取得します。
現在は非同期転送のサポート状態のみをレポートします。
$0000 : 非同期無効 $0001:非同期有効
ライトは無視されます。

0x00f0(RaspberryPiのSOC温度)の場合
リードするとSOCの温度をBCDで返します(例えば60.05℃は$6005)。
ライトは無視されます。

アドレス	サイズ	項目	リード	ライト	内容
$EA8000	w	レジスタポート	現在のレジスタ番号	設定するレジスタ番号	データポートから読み/書きするレジスタの指定です。 0x0000:バージョン番号 0x0001:エミュレーション中のMPU 0x0002:ウェイトレベル 0x0010:VDISKのID 0x0011:VDISKの機能 0x00f0:RaspberryPiのSOC温度
$EA8002	w	データポート	現在のデータ値	設定するデータ値	レジスタポートで指定したレジスタのデータを読み/書きします。レジスタ番号が0x0000(バージョン番号)の場合リードするとバージョン番号をBCDで返します(例えばVersion1.02は$0102)。ライトは無視されます。特殊用途としてライト時に内部の独自キャッシュを全て無効化する効果があります。レジスタ番号が0x0001(エミュレーション中のMPU)の場合 0:MC68000,3:MC68030,4:MC68040,6:MC68060 となります。リセットすると新たなMPU種で再開可能です。設定ファイルは更新しません。レジスタ番号が0x0002(ウェイトレベル)の場合 1命令実行する度にウェイトを入れて実行速度を低下させます。 0で無効、1～7の7段階で数字が大きくなるほどウェイトが大きくなります。設定ファイルは更新しません。レジスタ番号が0x0010(VDISK ID)の場合アクセスするVDISKのIDを0～7で指定します。設定ファイルにVDISKを複数設定している場合にディスク選択することが可能です。レジスタ番号が0x0011(VDISK 機能)の場合 VDISKがサポートする機能を取得します。現在は非同期転送のサポート状態のみをレポートします。 $0000 : 非同期無効 $0001:非同期有効ライトは無視されます。 0x00f0(RaspberryPiのSOC温度)の場合リードするとSOCの温度をBCDで返します(例えば60.05℃は$6005)。ライトは無視されます。

不揮発性仮想ディスク(VDISK)

IOアドレス仕様

拡張デバイスのレジスタポートに0x0010(VDISK ID)を設定した後にデータポートで指定したIDのVDISKに対する操作を行うIOポートです。

アドレスサイズ項目リードライト内容

$EA8010 l ディスク容量総セクタ数不可 VDISKの総セクタ数です。
セクターサイズは1024Byte固定です。

$EA8014 l 現在セクタ番号現在のセクタ番号設定するセクタ番号
リード(現在のセクタ番号)
設定されたセクタ番号を返します。

ライト(設定するセクタ番号)
データを読み/書きするセクタ番号(0以上)を設定します。
現在セクタ番号に対して次の操作コマンドが有効になります。

$EA8019 b 操作コマンドコマンド実行状態操作コマンド
リード(コマンド実行状態)
VDISKの読み込みまたは書き込み操作が実行中かどうかを返却します。
$00:アイドル(コマンド指示待ち)
$01:ビジー(コマンド実行中)

Version1.02以前では常に$00が読みだされます。
Version1.03以降で非同期タイプのコマンドを発行した場合には
アイドル状態になるまでドライバ側で監視が必要です。

ライト(コマンド実行指示)
現在セクタ番号に対してデータウィンドウにデータを読み込むか、
データウィンドウからデータを書き込むかを指示します。
$00:読み込み
$01:書き込み
$10:読み込み(非同期)
$11:書き込み(非同期)

非同期のコマンドはVersion1.03以降で使用することが出来ます。
RaspberryPi Zero(1コアモデル)では非同期指定でも同期実行になります。

$EA8400...$EA87FF b,w,l データウィンドウセクタデータセクタデータ現在セクタから読み込んだデータ、もしくは
現在セクタに書き込むデータ。

$EA9000...$EA9FFF b,w,l ブートROM ROMデータ -
VDISKから起動するためのブートROM。
ROMの先頭に8個の起動ハンドルが設定されています。
起動ハンドルはそれぞれID0から7までに対応しています。
SWITCH.Xでブートするドライブを指定できます。

ID0から起動:SWITCH.X BOOT=ROM$EA9000
ID1から起動:SWITCH.X BOOT=ROM$EA9004
ID2から起動:SWITCH.X BOOT=ROM$EA9008
ID3から起動:SWITCH.X BOOT=ROM$EA900C
ID4から起動:SWITCH.X BOOT=ROM$EA9010
ID5から起動:SWITCH.X BOOT=ROM$EA9014
ID6から起動:SWITCH.X BOOT=ROM$EA9018
ID7から起動:SWITCH.X BOOT=ROM$EA901C

フォーマット情報
イメージファイルはヘッダ無しのFAT16ファイルシステムそのものです (ディスクのBPBはイメージファイルのサイズからドライバが自動で算出します)。
以下に代表的なサイズのイメージファイルに対してフォーマット情報を記載します。
この情報をフリーソフトのDiskExplorerに設定することでWindows上から VDISKイメージファイル内のファイルにアクセスが可能になります。

項目 64MB
(67108864Byte) 128MB
(134217728byte) 256MB
(268435456byte) 512MB
(536870912byte) 1GB
(1073741824byte)

FAT種別 FAT16 FAT16 FAT16 FAT16 FAT16

FATの位置 0 0 0 0 0

FATの数 1 1 1 1 1

FATサイズ 131072 65536 65536 66560 66560

ルートの位置 131072 65536 65536 66560 66560

データ領域の位置 147456 81920 81920 82944 82944

クラスタサイズ 1024 4096 8192 16384 32768

総クラスタ数 65536 32768 32768 32768 32768

上記以外のサイズに関してはPXCTL.Xコマンドを使って設定されたVDISKのIDに対するフォーマット情報を出力できます。 ID0に設定されたVDISKのフォーマット情報を出力する例。
PXCTL.X -V 0

アドレス	サイズ	項目	リード	ライト	内容
$EA8010	l	ディスク容量	総セクタ数	不可	VDISKの総セクタ数です。セクターサイズは1024Byte固定です。
$EA8014	l	現在セクタ番号	現在のセクタ番号	設定するセクタ番号	リード(現在のセクタ番号) 設定されたセクタ番号を返します。ライト(設定するセクタ番号) データを読み/書きするセクタ番号(0以上)を設定します。現在セクタ番号に対して次の操作コマンドが有効になります。
$EA8019	b	操作コマンド	コマンド実行状態	操作コマンド	リード(コマンド実行状態) VDISKの読み込みまたは書き込み操作が実行中かどうかを返却します。 $00:アイドル(コマンド指示待ち) $01:ビジー(コマンド実行中) Version1.02以前では常に$00が読みだされます。 Version1.03以降で非同期タイプのコマンドを発行した場合にはアイドル状態になるまでドライバ側で監視が必要です。ライト(コマンド実行指示) 現在セクタ番号に対してデータウィンドウにデータを読み込むか、データウィンドウからデータを書き込むかを指示します。 $00:読み込み $01:書き込み $10:読み込み(非同期) $11:書き込み(非同期) 非同期のコマンドはVersion1.03以降で使用することが出来ます。 RaspberryPi Zero(1コアモデル)では非同期指定でも同期実行になります。
$EA8400...$EA87FF	b,w,l	データウィンドウ	セクタデータ	セクタデータ	現在セクタから読み込んだデータ、もしくは現在セクタに書き込むデータ。
$EA9000...$EA9FFF	b,w,l	ブートROM	ROMデータ	-	VDISKから起動するためのブートROM。 ROMの先頭に8個の起動ハンドルが設定されています。起動ハンドルはそれぞれID0から7までに対応しています。 SWITCH.Xでブートするドライブを指定できます。 ID0から起動:SWITCH.X BOOT=ROM$EA9000 ID1から起動:SWITCH.X BOOT=ROM$EA9004 ID2から起動:SWITCH.X BOOT=ROM$EA9008 ID3から起動:SWITCH.X BOOT=ROM$EA900C ID4から起動:SWITCH.X BOOT=ROM$EA9010 ID5から起動:SWITCH.X BOOT=ROM$EA9014 ID6から起動:SWITCH.X BOOT=ROM$EA9018 ID7から起動:SWITCH.X BOOT=ROM$EA901C

使用方法

通常の通りX68000の電源を入れてください。MPUソケットに電源が供給されるとRaspberryPiも起動を開始します。
PhantomXのカーネルモジュールが起動を開始するまでに数秒かかる場合があります。

RaspberryPi 4B(新版)を使った時のSystem Informationです。040Turbo以上のスピードが出るようです。

RaspberryPi Zero WHを使った時のSystem Informationです。X68000 XVI以上の性能が出るようです。

応用編

新しいバージョンのIPLROMを使う
ACE/EXPERT/PRO/SUPERのIPLROMはXVIのIPLROMで拡張されたSRAM初期化(CLRキーを押しながらリセット)機能等が使用できないため不便です。そのような悩みも設定ファイルでXVIのIPLROMに差し替えれば解決です。
SDカードに差し替えるIPLROMのデータファイルを準備して設定ファイルに指定してください。
無償公開されたXVIのIPLROMを使用する例
IPLROM		IPLROMXV.DAT
これがACEでも使えると本当に助かります
X68030の雰囲気を味わう
MC68030をエミュレーションさせて上位機種であるX68030に似た環境を再現できます。 PhantomXはEMUMODELに030以上が指定された場合X68030で拡張されたいくつかのIOポートを内部的に偽のデバイスとして再現します。
X68030のIPLROMは無償公開されたもの(IPLROM30.DAT)が利用できます。
内蔵SCSIROMに相当するROM30.DATは無償公開されていませんのでご自身で用意する必要があります(内蔵SCSI用のROMで代替するなどいくつかやり方はあります)。
CGROMもX68030の物を使用しないとSX-Window等の12ドットフォントが表示されない場合があります。
下で説明するXEiJで生成できるROMを使用することもできます。
X68030のROMを利用する例
EMUMODEL	030
IPLROM		IPLROM30.DAT
CGROM		CGROM30.DAT
SCSIINROM	ROM30.DAT
MC68030モード

X68030だと認識されています(試験機はXVIです)
060turboの雰囲気を味わう
EMUMODELに040もしくは060が指定された場合はそれぞれMC68040、MC68060をエミュレーションします。この時X68030で拡張されたいくつかのIOポートを内部的に偽のデバイスとして再現します。
@kamadoxさんのXEiJで生成できるROMを使用する方法を書いておきます(ありがたや～)。

1.XEiJを起動して機種を060turboに変更します

2.XEIJIPLROM30.DATを生成します

3.XEIJROM30.DATを生成します

4.XEIJIPLROM30.DATとXEIJROM30.DATをSDカードに保存します

5.phantomx.iniでROMファイルを指定します
EMUMODEL	060
IPLROM		XEIJIPLROM30.DAT
CGROM		CGROM30.DAT
SCSIINROM	XEIJROM30.DAT
XEiJのROMで起動したMC68060モード

いつものマンデルブロ
X68000からPhantomXを制御する
慣れてくるとphantomx.iniに複数の定義を書いてEMUMODELを動的に切り替えたり速すぎるのでウェイトを入れたいといった操作を行いたいと思います。
そのような場合はアーカイブで提供するPXCTL.Xコマンドをご利用下さい。
何もオプションを付けずに実行すると簡単なHELPが出てきます。
PhantomX Controller
Usage: PXCTL.X [-i] [-e EMUMODEL] [-w WAIT]
 -i print curent information and settings
 -e change emulation model, EMUMODEL is {0|3|4|6}
    0:MC68000 3:MC68030 4:MC68040 6:MC68060
 -w change emulation wait, WAIT is {0...7}
 -f swap fdd id 0/1 <-> 2/3, SWAP is {0|1}
    0:SWAP OFF 1:SWAP ON
 -v print virtual disk information, ID is {0...7}
見ての通りなのですが
-eはphantomx.iniで指定しているEMUMODELを一時的に切り替えますものです。
一度リセットしていただくとMPUコアの種別が変更されてブートします。
-wは一時的にウェイトを入れて速度を落とします
1にすると速度が大幅に落ち、その後2,3,4と増える度に徐々に遅くなります。
-fは内蔵FDD(0,1)と拡張FDD(2,3)のアクセスをスワップします。
-vはVDISKのディスク情報を表示します。
-iは現在の設定情報を表示します。
VDISKから起動する
VDISKはSASIやSCSIのディスクと同様に起動が可能です。しかもSASIよりも大容量ですのでSCSIディスクと同様の運用が可能です。もはやSCSIディスクすら必要としません。
起動用のサンプルとして提供するSDカード内に"vdiskboot"フォルダを用意しました。このフォルダ内のphantomx.ini,SRAM.DAT,VDBOOT.DATをSDカード直下にコピーすれば、仮想ディスクから起動します。
サンプルのphantomx.iniは次のとおり記述されています。
EMUMODEL	000
SRAM		SRAM.DAT
VDISK0		VDBOOT.DAT
つまりVDISKからの起動設定がなされたSRAMとVDISKであるVDBOOT.DATを定義しています。
VDISKのROMブート設定は"SWITCH.X BOOT=ROM$EA9000"で行いました。つまりVDISKのID0から起動になります。
その他IDから起動する場合はアドレスを$EA9000 + ID x 4で指定してください。例えばID2から起動するなら"SWITCH.X BOOT=ROM$EA9008"となります。
サンプルで提供するVDISKのイメージは一般公開されているHUMAN302.XDFと同一になっています。追加で各種ドライバも保存しています。
起動可能なVDISKイメージの作成方法は通常のディスクとほぼ変わりません。イメージファイルを作成しphantomx.iniに定義した後CONFIG.SYSにPXVDISK.SYSを組み込んで認識させます。
ドライブとして認識されればFORMAT ドライブ名で初期化した後、SYS ドライブ名でHUMAN.SYSを転送してください。その後必要なモジュールを複写してください。
VDISKから起動した様子
VDISKイメージをWindows上で操作する

様々なエミュレータ用のディスクイメージをWindows上で操作することができるDiskExplorerを利用することで VDISKイメージからファイルを取り出したり、書き込んだりすることができます。当然ながらDiskExplorerはPhantomXのVDISKイメージを正式にはサポートしていませんのでマニュアル設定で認識させる必要があります。
DiskExplorerでイメージファイルを選択した後(ManualFD)を選択してください。

次にプロファイルを手動設定します。VDISKのフォーマット情報を参考に設定してください。代表的なサイズの情報は記載してありますのでサイズを合わせたイメージファイルで運用するとよいでしょう(スクリーンショットは1GBの例)。

正しく認識されると次の様にVDISK内のファイルが表示されます。

リロケータとベースボードの頒布について

BOOTHのGIMONS DEVELOPPER WORKSで随時頒布を行っています(随時在庫追加しています)。

履歴

2023/7/23 Version1.03bリリース
2023/7/16 Version1.03aリリース
2023/3/12 Version1.02cリリース
2022/12/4 Version1.02bリリース
2022/11/25 Version1.02リリース
2022/5/29 Version1.01リリース
2022/5/22 Version1.01rc5リリース(人柱版)
2022/5/19 Version1.01rc4リリース(人柱版)
2022/5/16 Version1.01rc3リリース(人柱版)
2022/5/12 Version1.01rc2リリース(人柱版)
2022/5/8 Version1.01rcリリース(人柱版)
2022/4/18 Version1.00bリリース(バグ修正)
2022/4/17 Version1.00リリース

[EOF]

項目	64MB (67108864Byte)	128MB (134217728byte)	256MB (268435456byte)	512MB (536870912byte)	1GB (1073741824byte)
FAT種別	FAT16	FAT16	FAT16	FAT16	FAT16
FATの位置	0	0	0	0	0
FATの数	1	1	1	1	1
FATサイズ	131072	65536	65536	66560	66560
ルートの位置	131072	65536	65536	66560	66560
データ領域の位置	147456	81920	81920	82944	82944
クラスタサイズ	1024	4096	8192	16384	32768
総クラスタ数	65536	32768	32768	32768	32768

GIMONS DEVELOPER WORKS/PhantomX

告知

注意!

最近の変更

はじめに

ハードウェア

リロケータ

ベースボード

ソフトウェア

機能構造

MC680X0エミュレーション

内部メモリハンドラ

外部メモリハンドラ

GPIO制御

既知の問題

ファームウェア

導入(ハードウェア)

ベースボードのジャンパ設定

X68000 PRO(PRO2)

X68000 ACE/EXPERT(EXPERT2)/SUPER

X68000 XVI

導入(ソフトウェア)

SDカードの初期化

ソフトウェアのダウンロード

ソフトウェアの展開と転送

ソフトウェアの更新

導入(ファームウェア)

設定方法

設定ファイル

設定項目

設定項目(エミュレーションするMPU種毎の設定)

設定項目(不揮発性仮想ディスク)

設定項目(特殊用途)

拡張デバイス

IOアドレス仕様

不揮発性仮想ディスク(VDISK)

IOアドレス仕様

フォーマット情報

使用方法

応用編

新しいバージョンのIPLROMを使う

X68030の雰囲気を味わう

060turboの雰囲気を味わう

X68000からPhantomXを制御する

VDISKから起動する

VDISKイメージをWindows上で操作する

リロケータとベースボードの頒布について

履歴